N80套管钢低温渗铝工艺及耐蚀性研究

摘要

为保证在不损害N80套管钢原有力学性能的前提下，通过固体粉末包埋渗铝技术提高其腐蚀性能，本文借助表面机械研磨技术（SMAT）对N80套管钢进行了表面纳米化预处理，并依此实现了560℃以下的低温快速固体粉末包埋渗铝。借助XRD、SEM、EDS等手段分析了N80钢表面低温渗铝层的物相组成和微观形貌，采用L16(45)正交试验设计研究了渗铝工艺参数（包括：渗剂组成中的Al含量，渗剂组成中的NH4Cl含量，渗铝温度和保温时间）对渗层厚度的影响规律，建立了基于BP神经网络的渗层厚度预测模型，得出了带有低温渗铝层的N80钢的电化学及介质条件下的腐蚀特性及其失效机理。得出的主要结论有：
　　经过SMAT预处理的N80钢，在95％铝粉和5％氯化铵粉配方的渗剂中，通过530℃保温4小时包埋可以制备出厚度72μm的渗铝层组织；渗铝层表面无裂纹、孔洞，厚度均匀。渗层主要由高铝FeAl3相组成。依据渗层组织形态，渗层可分为：最外层等轴晶、中间长条柱状晶和近基体的细晶层。随着渗层厚度增加渗层横截面上Al含量减少，且渗层显微硬度高于基体硬度。
　　通过正交试验法，确定渗铝工艺参数对渗层厚度的影响大小顺序为：氯化铵含量>渗铝温度>铝粉含量>渗铝时间。以渗层厚度为指标，确定最优工艺参数为95.24％铝粉、4.76％氯化铵粉、加热温度540℃、保温时间10小时。基于改进的BP神经网络建立了渗铝层厚度的预测模型；对训练后的BP网络进行可靠性验证，预测输出对检测目标的跟踪性能良好，相关系数R=0.993，预测值和实际值基本一致，预测效果明显。
　　渗铝N80钢在常压恒温25℃下的电化学测试表明，渗铝处理可以显著增大N80钢的腐蚀阻力、降低腐蚀速率；渗铝N80钢在CO2分压1MPa，H2S分压0.5MPa，温度100℃，矿化度70000mg/L的介质腐蚀环境下，表现出了优越的耐均匀腐蚀性和耐点蚀性能。同时，渗铝处理还明显提高了N80钢的耐磨损性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 钢的表面渗铝

1.3 低温固体粉末包埋渗铝国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容及技术路线

第二章 N80 套管钢低温渗铝试验及渗层表征

2.1 引言

2.2 技术路线和试验方案

2.3 试验过程和方法

2.4 渗铝层分析

2.5 低温固体粉末包埋渗铝机理

2.6 本章小结

第三章 基于渗铝工艺的正交试验和 BP 神经网络预测模型

3.1 引言

3.2 研究方案和内容

3.3 渗铝正交试验

3.4 渗铝层厚度预测所用 BP 神经网络模型简介

3.5 本章小结

第四章 低温渗铝 N80 钢的性能研究

4.1 引言

4.2 试验方法

4.3 渗铝 N80 钢的电化学腐蚀特性

4.4 模拟油田环境下渗铝 N80 钢的腐蚀性能

4.5 渗铝 N80 钢饱和 Cl-环境中的湿磨损试验

4.6 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表论文